人教版《分子与细胞》核心概念分析与研究论文正文.docx
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人教版《分子与细胞》核心概念分析与研究论文正文
内容摘要:
自我国实施新课程改革以来,生物学课堂发生了极大的变化。
新课程背景下,围绕核心概念进行教学能更好地提高学生生物科学素养,但在具体实践过程中也存在着一定的问题。
究其原因,在于相关的研究与教学实践未能同步。
笔者在前人的研究基础上,选择对人教版《分子与细胞》中以名词术语呈现的核心概念的内涵与外延进行分析与研究,并结合直接陈述相关内容的核心概念对教材内容以章节为单位构建基本知识结构。
本课题主要包括三部分。
第一部分简单阐述生物学相关概念,介绍国内外研究现状、本课题研究基本内容及意义;第二部分对《分子与细胞》模块进行模块分析,并对模块核心概念进行界定;第三部分对《分子与细胞》模块中以名词术语呈现的核心概念的内涵与外延进行分析与研究,并结合模块中以陈述相关内容呈现的核心概念进行章节基本知识结构建构。
关键词:
课程改革核心概念知识结构
Abstract:
SincethenewcurriculumreformedinChina,greatchangeshadtakenplaceinbiologyclass.Underthebackgroundofthenewcurriculum,teachingcanimprovethescientificliteracyofstudentsaroundthecoreconcept,butsomeproblemsalsoexistinpracticeintheprocessofAsforitsreason,itisbecausesomerelatedresearchesdonotsynchronizewiththeteachingpractice.Theauthor,onthebasisofpredecessors'research,choosetoresearchandanalyzethecoreconnotationanddenotationoftheconceptforthetermsin
Thisresearchprojectmainlyincludesthreeparts.Thefirstpartwillsimplyelaboratesomerelatedbiologicalconcepts,introducingtheresearchstatusathomeandabroad,theresearchcontentsandmeaning.Thesecondpartwillanalyzethemodulesof
Keywords:
curriculumreformcoreconceptknowledgestructure
当今世界,科学技术迅猛发展,知识经济时代和学习化社会逐渐到来,国际间竞争日趋激烈。
随着社会的发展、科技的进步,现代生活要求公民具有基本的科学素养。
培养公民的基本科学素养,是21世纪对科学教育提出的要求和挑战。
为应对培养公民基本科学素养的要求和挑战,世界各国纷纷加大科学课程改革力度。
我国政府于1995年提出“科教兴国”战略,引发了世纪之交科学课程改革的浪潮。
教育部根据1999年1月颁发的《面向21世纪教育振兴行动计划》,于2000年组建了国家课程标准研制组。
2003年,教育部颁布了《普通高中生物课程标准》(以下简称《标准》),《标准》明确指出,“提高每个高中生的生物科学素养是本课程标准实施中的核心任务”。
生物科学素养是指公民参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学知识、探究能力以及相关的情感态度与价值观。
它反映了一个人对生物科学领域中核心的基础内容的掌握和应用水平,以及在已有基础上不断提高自身科学素养的能力。
提高学生的生物科学素养的重要途径和内容之一便是促进学生对生物学核心概念的理解,《标准》首次将概念列入课程目标。
知识、情感态度与价值观和能力是《标准》规定的三大课程目标,其中知识目标是达成后两个目标的基础。
在知识目标中要求,“获得生物学基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识”。
概念是整个生物学知识体系的基础。
恩格斯有言:
“在一定意义上,科学的内容就是概念的体系。
”同时,课堂教学是所有教育改革的最终落脚点,那么,生物概念的教学毫无疑问是生物教学的核心。
生物概念教学直接关系着知识目标的达成,又因为知识目标是达成情感态度与价值观和能力目标的基础,生物概念教学也即关系着整个课程目标的达成。
生物学概念的教学关系着学生整体知识网络的构建和日后的持续学习。
美国地平线研究组主席维斯及高级研究助理帕斯利在他们的研究中发现,优质课堂主要具有如下特征:
“第一,在课堂教学的过程中,老师善于采用多种教学策略,为科学的概念提供明确的阐释;第二,吸引学生主动进行开动脑筋的活动;第三,帮助学生理解学科的核心概念等。
”核心概念作为优质课堂的特征之一,现已引起国内外科学教育者的高度重视并进行深入研究。
新课程改革提出了“核心概念”,降低了知识的覆盖面,但这并不意味着不再重视知识,更不是降低知识教育的要求。
而是改变以往仅仅让学生记住一些生物学事实却忽略对概念的理解的教学现状,希望通过生物学核心概念的教学,让学生理解生物学核心概念,进而建构一个合理的概念体系及良好的知识框架。
随着生物学的快速发展,生物科学知识出现爆炸性增长,面对如此繁多的知识,让学生记忆大量的孤立的生物学事实,显然是不明智不妥当的。
但是,我们应该看到,生物学里一些最基本的概念、原理、规律却不曾发生巨大变化。
因而,在课堂教学中加强生物学核心概念的教学,让学生用所学的概念、原理和规律来分析和解决问题,对于落实新课程标准、理解生物学中的重要概念,帮助学生建构完整的知识框架和提高学生的生物科学素养均有十分重要的作用。
鉴于上述背景,本文提出课题“人教版《分子与细胞》核心概念的分析与研究”,通过对教材中以名词术语呈现的核心概念的内涵和外延进行分析,结合直接陈述相关内容的核心概念,以章节为单位构建基本知识结构,以求达成对《分子与细胞》模块核心概念的整体把握。
期望本研究能为高中教师开展概念教学活动提供一定的借鉴与指导。
一、研究的理论基础、现状及意义
(一)概念与核心概念
本研究涉及的相关概念主要为概念、生物学概念与生物学核心概念。
下面就几个概念进行简单的论述。
1.概念
概念是人们对事物本质的认识,它是逻辑思维的最基本的单元和形式。
概念是共同具有某些特性或属性的事件,物体或现象的抽象概括,是一种由相近、相似的事件、想法、物体或人所组成的集合。
概念的明确性表现于它的内涵和外延。
概念的内涵是指反映在概念中的事物的特性或本质,概念的外延是指反映在概念中的一个个、一类类事物。
2生物学概念
生物学概念是客观存在、可反复测量的生命现象和生命活动规律通过人们的思维加工,所形成的对于一般特征和本质属性的概括性描述。
生物学概念一般是用词语来表示,其表述则常以陈述句的形式表达。
3生物学核心概念
对于核心概念,目前还没有一个明确的定义。
我国刘恩山教授认为,“生物学核心概念是指那些能够展现当代生物学科图景的概念,是生物学科结构的主干部分。
这些核心概念是生物学知识领域的中心,有广泛的应用,且能经得起时间的检验”。
与一般概念相比,核心概念须具备两个特质:
一是反映核心问题;二是具有统摄性。
另外笔者认为,核心概念是相对的。
如果单看“蛋白质”,无疑“蛋白质”是核心概念,它统摄着“氨基酸”、“肽键”、“蛋白质结构”等一般概念。
但如果将其置于“细胞”这个概念下“蛋白质”就成为“细胞”概念下的一般概念了。
或许应该这样理解,核心概念就是生物知识框架里的主要节点,其下还有相关的下位概念。
传统对于核心概念的表述,多是动词+短语这种方式。
“2061计划”研究组在研究中发现,当用一组动词来进行分级时,不同的读者对于按什么顺序排列动词存在争议。
但如果采用同一动词,然后用陈述句来陈述不同的知识内容展现目标差异,这样的表述更为合理有效。
(二)国内外研究现状
作为优质课堂特征之一,核心概念教学已成为各国教育学者关注的焦点。
课程应该强调核心概念的理解这一论点也已得到多国教育家的认同,美国、英国、加拿大、澳大利亚等国在此基础上制定了新的课程标准。
核心概念在受到关注的同时,也引发了相关研究的热潮。
核心概念及其教学已成为一个研究的热门领域。
这些研究在对教育起到极大推动作用的同时,也对我们后来的研究具有启发性和借鉴意义。
1.国外研究现状
对于国外研究现状,笔者主要是从国内介绍国外相关研究的文献上了解的。
国外对于核心概念教学的研究主要集中在核心概念的定义、标准、描述、核心概念教学的重要性等方面。
美国著名教育家赫德认为,组成科学课程中的概念和原理应该能够展现当代学科图景,是学科结构的主干部分,称之为核心概念。
戴伊指出,核心概念是某个知识领域的中心,虽然不是所有人都接受了这些知识,但它们却获得了广泛的应用,而且这些知识还能经受住时间的检验。
美国课程专家埃里克森则认为,核心概念是指居于学科中心,具有超越课堂之外的持久价值和迁移价值的关键性概念、原理和方法。
对于核心概念的表述,传统课程采取的是动词+短语这种方式,如“说明基因突变的原因”。
埃里克森认为这是知识性表述,但不是核心概念的基本理解,其主张在学习目标中将希望学生达成的核心概念基本理解用完整的语句表述出来。
如“插入、删减或取代DNA片段都可能会改变基因。
”然后根据这些核心概念基本理解陈述提出问题,进而根据这些问题设计教学活动。
这些活动应帮助学生达成对核心概念的基本理解。
课程应该强调核心概念的理解这一论点得到多国教育家们的认同,美国、英国、加拿大、澳大利亚等国在此基础上制定了新的课程标准。
如美国“2061计划”要求学生学习得更加深入、更加贯通、更有关联性,还要求最大限度地减少记忆那些孤立的事实和概念,应把重点放在核心概念上。
2.国内研究现状
通过对国内的相关教育文件、生物学教育论著和期刊网中的教学论文进行分析,对于核心概念教学的研究始于最近几年,相关的研究正在成为我国教育研究中的热点,现已取得一定的成果。
国内对于生物学核心概念教学的研究主要集中在四个方面:
(1)核心概念教学的重要性。
刘恩山教授及其学生在多篇论文中,强调了核心概念教学的重要性。
如“生物学教学:
从记忆事实向理解概念的转变”中强调了核心概念在课堂教学中的地位。
另外还有赵学杰也在“浅谈生物学核心概念及其在教学中的地位”中对核心概念教学的重要性进行了说明。
(2)核心概念的界定和呈现。
张颖之、李秀菊分别对遗传学和生态学中的核心概念进行了界定并研究了它们的呈现方式。
胡玉华对高中生物学核心概念的界定标准进行了研究。
朱晓林则从教学出发,对高中生物6个模块的核心概念进行了界定。
(3)不同版本教材中核心概念的比较与研究。
如丁杰对中美教材《分子与细胞》模块进行了比较,另外还有吴举宏、李高峰等人对美国主流教材进行了分析。
(4)基于核心概念的生物教学设计和实践。
如周然对高中生物学核心概念及其教学实践进行了探索,佘建云、安军等以“遗传信息的传递”为例,围绕生物学核心概念设计了详细的教学设计。
唐燕、胡玉华等人分别谈到了关于生物学核心概念的教学方法和教学建议。
由此,我们发现,我国教育研究中对核心概念的研究,范围在逐渐加大,程度在逐渐加深,取得了一定的成果。
特别值得一提的是研究者中不只限于专家学者,出现了一批一线教师。
但是,在看到可喜局面的同时,也应当发现,对于核心概念教学的研究,还有其不成熟的一面,现在关于核心概念教学的理论多是借鉴于国外,将相关的理论应用于实际的科学教育中,深化我国教育改革,还有很长的路要走,相关的理论与研究需要同步跟进。
(三)课题研究的内容及意义
本课题在生物学核心概念教学研究的现有基础上,借鉴相关研究成果,对《分子与细胞》模块的核心概念进行梳理、分析与研究。
分析与研究涉及核心概念的内涵与外延,以核心概念为主要节点构建一个概念体系和知识结构结构。
本研究可以帮助教师更好地把握《分子与细胞》模块的核心概念和知识体系,能够有效地组织概念教学活动。
希望本课题的研究成果可以给生物教师进行核心概念教学时提供借鉴与参考。
另外,作为一名即将走上工作岗位的准教师,该课题的研究首先可以帮助笔者熟悉高中生物教材,熟悉核心概念教学理论,并将之有效地运用到今后的教学活动中,尽快地成长为一名合格的生物教师。
二、模块分析与核心概念的界定
(一)《分子与细胞》模块分析
本模块选取了细胞生物学方面最基本的知识,通过本模块的学习,学生将在微观层面上更深入地理解生物的本质。
对生命的物质性和生物界的统一性,细胞生活中物质、能量和信息变化的统一,细胞结构与功能的统一,生物体部分与整体的统一等有所认识了解。
本模块的学习是学习其他模块的基础。
因而,在本模块的学习中,开展核心概念教学,帮助学生构建一个完整的概念体系和知识框架就显得极为必要。
《分子与细胞》是以“细胞是基本的生命系统”为主线,按科学事实的系统整理而形成的知识体系。
把细胞作为一个生命系统,对于一个生命系统,我们可以从系统的组成、系统的结构、系统的功能、系统的延续、系统的发展和变化5个方面去考察。
以系统的角度可将《分子与细胞》模块的知识体系解构如下:
细胞是基本的生命系统
建构思路
教材体系
生命系统的特征
生命系统的层次
从生物圈到细胞(第1章)
层次性
细胞的多样性和统一性(第1章)
系统(细胞)的组成
组成细胞的分子(第2章)
整体性
系统(细胞)的结构
系统的边界-细胞膜(第3章)
系统内的分工合作-细胞器(第3章)
系统的控制中心-细胞核(第3章)
系统(细胞)的功能
细胞的物质输入和输出(第4章)
开放性
细胞的能量供应和利用(第5章)
系统(细胞)的发展和变化
细胞的增殖(含生长)(第6章)
动态性
细胞的分化(第6章)
细胞的衰老、凋亡、癌变(第6章)
本模块的知识体系是由大量的科学事实和事实性概念所组成。
(二)、核心概念的梳理与界定
由于本模块的知识体系是由大量的科学事实和事实性概念所组成,因而有必要先区分一下事实性知识和概念性知识。
科学事实的定义为通过观察、实验等科学实践活动而获得的直接描述客观事物的一类知识,它是人们对客观存在的事物形态、属性、变化和相互关系的一种感知和反映。
科学概念是人们对事物本质的认识,它是逻辑思维的最基本的单元和形式。
人的认识是对客观世界的反映,这种反映通过一系列的抽象,以概念的形式近似地描绘发展变化的客观现实。
在对核心概念进行界定之前,我们需要对《分子与细胞》模块的概念进行梳理。
梳理对象主要为以名词术语呈现的概念,对于该模块概念的梳理,目前已有大量的研究成果,多是参照美国《国家科学教育标准》,在《标准》基础上不增删内容进行梳理,此处直接引用邓延敏对以名词术语呈现的概念的梳理结果:
表1.人教版《分子与细胞》的概念性知识
对于生物学核心概念的界定,目前国内尚无统一的标准。
但通过阅读期刊文献,发现对于核心概念界定的标准多是源于对定义的理解,有一定的共同点:
(一)生物学核心概念是对生物学核心问题的反映;
(二)核心概念需为聚合概念,即能够统领相应的具体概念和生物学事实。
核心概念的界定是存在一定的相对性的,不同的教师由于不同的认知结构和思维方式的差异会出现不同的界定结果。
之所以会出现界定结果的差异,是因为不同的认知结构和思维方式导致对核心概念的理解出现差异。
笔者认为,生物学的学习,其关键为在理解核心概念的基础上,了解概念之间的关联,从而在学生的头脑中建构一个完整的概念体系和知识框架,从而达到培养学生基本科学素养的目的。
那么核心概念应该为知识概念体系的主要节点,一个模块有一个中心主题统领,一个章节有一个核心概念聚合,每一小节中也可存在一至多个核心概念。
核心概念在教材中的呈现方式可以是对知识内容的直接陈述,也可以是以名词术语的形式呈现。
因而笔者借鉴前人研究成果并结合自己的思考对《分子与细胞》核心概念的界定如下:
《分子与细胞》模块主题:
细胞是一个生命系统。
每章的核心概念均以陈述相关内容呈现:
第一章,细胞是最基本的生命系统,生命系统既有多样性又有统一性;第二章,细胞是由物质分子组成的,不同的物质承担不同的作用;第三章,组成细胞的分子构成种种特化结构,这些结构在系统内分工与合作;第四章、五章,细胞的生命活动需要物质和能量的推动;第六章,细胞有一个发生、发展、变化的过程,甚至还能够发育成一个新的个体(即细胞具有全能性)。
章节内以名词术语呈现的核心概念:
生命系统、蛋白质、核酸、细胞、生物膜系统、酶、细胞呼吸、光合作用、细胞周期、细胞分化。
三、核心概念的分析与研究
在完成对《分子与细胞》模块核心概念的梳理与界定之后,下面结合《标准》,重点对以名词术语呈现的核心概念的内涵与外延及相应知识教学要求进行分析,并按章节以核心概念为中心构建本模块的知识概念体系和基本知识结构。
(一)对以名词术语呈现的核心概念的内涵与外延分析
1.生命系统生命系统的内涵为能够独立完成生命活动的系统,其外延包括细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统和生物圈。
生命系统这个概念存在于《分子与细胞》第一章第一节,本节是学生进入高中的第一堂生物课,起着承接初中学习开启高中学习的作用。
学生在初中学习过程中对细胞、组织、器官和系统有所了解,但对种群、群落和生态系统却不曾学习过。
因而本节内容并不需要学生掌握生命系统的所有外延,只需要学生能举例说明生命系统的层次,认同细胞是基本的生命系统即可。
2.蛋白质蛋白质的内涵,蛋白质是一种生物大分子,蛋白质具有多样化的生理功能和结构层次。
其外延是结构蛋白、催化蛋白、运输蛋白、免疫蛋白和信息传递蛋白。
蛋白质是生命活动的主要承担者,在细胞中承担着多种多样的功能。
《标准》对蛋白质的要求是“概述蛋白质的结构和功能”,属于理解水平。
蛋白质的学习对于后面生物课程的学习,十分关键。
3.核酸核酸是指细胞内携带遗传信息的物质,在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。
其外延为脱氧核糖核酸和核糖核酸。
《标准》要求“简述核酸的结构和功能”。
属了解水平,但核酸是后面必修二《遗传与进化”的基础,其重要性毋庸置疑。
4.细胞一般由细胞膜、细胞质和核(拟核)构成,是生物体的基本结构和功能单位,是生命活动的基本单位。
其外延为真核细胞和原核细胞。
细胞是统领整个模块的一个核心概念,在第三章主要体现为细胞的结构,细胞的结构包括细胞膜、细胞质和细胞核。
第三章的内容对细胞是一个生命系统和系统内的分工合作是一个很好的体现。
5.生物膜系统生物膜系统是由细胞膜、核膜以及细胞器膜构成的细胞的膜系统,存在于真核细胞内。
其外延真核细胞内的细胞膜、细胞器膜和核膜。
生物膜系统是学习第四章的基础和前提。
目前,有教师将“系统的边界——细胞膜”和“生物膜的流动镶嵌模型”两节内容进行组合,认为这两节从知识点上可以很好地结合,甚至还为自己的创意而沾沾自喜。
这样做是不妥当的,细胞膜、细胞器和细胞核构成完整的一章,整章的学习,学生可以了解细胞作为一个生命系统的结构。
而“生物膜的流动镶嵌模型”在第四章中起着承上启下的作用。
6.酶酶的内涵为由活细胞产生的,具有催化作用的有机物,其中绝大多数是蛋白质,还有极少量的RNA。
其外延为具有催化作用的蛋白质和少量RNA。
《标准》中要求,“说明酶在代谢中的作用,本质和特性”,属理解水平。
7.细胞呼吸细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,生成二氧化碳或其他产物,释放出能量并生成ATP的过程。
细胞呼吸的外延为有氧呼吸和无氧呼吸。
《标准》要求“说明细胞呼吸,探讨其原理的应用,说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同”,属理解水平。
对于细胞呼吸,只需要让学生弄清,什么是有氧呼吸,细胞呼吸分有氧呼吸和无氧呼吸两种及各自的特点,细胞呼吸在生活的应用,对于细胞呼吸的详细过程,可不作过多要求。
8.光合作用光合作用的内涵是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成存储着能量的有机物,并且释放出氧气和能量的过程。
其外延为绿色植物的光合作用。
对于光合作用,高一学生在之前的学习中有所了解,虽然不理解光合作用的概念,但对光合作用这个名词可谓是耳熟能详。
这在一定程度上说明一个学生熟记或熟练的使用某一术语并不代表其已理解相关的概念内容,同时也需要教师在教学时注意修正学生头脑中的相异概念,帮助学生建立起正确的科学概念。
9.细胞周期细胞有丝分裂具有细胞周期,其包括分裂间期和分裂期。
其外延为连续分裂的细胞,即进行有丝分裂旺盛的细胞。
《标准》要求为“简述细胞的生长和增殖的同期性”,属于了解水平。
10.细胞分化个体发育过程中,相同的细胞的后代,在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程称之为细胞分化,即细胞分化的内涵。
细胞分化的外延为存在于多细胞生物体中的相同的细胞的后代,在形态、结构和生理功能发生稳定性差异。
细胞分化涉及到基因的选择性表达,与细胞核的内容存在一定的联系,与我们现实的生活也较为接近,另外同细胞的癌变等内容均联系紧密。
《标准》的知识目标要求为“说明细胞的分化”“举例说明细胞的全能性”,属于理解水平。
在最后需要说明的是,在上面以名词术语呈现的核心概念中,为什么一些在《标准》知识目标中只属于了解水平的概念也被选为核心概念呢?
原因是该概念反映了生物学核心问题,具有统领一般具体概念和生物学事实的特性,同时也是后面持续学习的基础。
如核酸,其结构和功能的学习,对于《必修二·遗传与进化》模块的学习至关重要。
(二)结合直接陈述知识内容的核心概念建构章节基本知识结构
每一个核心概念都不是孤立存在的,其总是由一些相关的重要概念和生物学事实所支撑。
通过以核心概念为起点,对相关的重要概念和生物学事实进行整理,并以核心概念为中心构建生物学基本知识结构,对于学生建构合理的知识框架具有一定的意义。
以核心概念为中心构建基本的知识结构,并不是列出一个对应的概念图,此处参考胡玉华在“对生物学核心概念及其内涵的研究”一文中提出的生物学学科知识基本结构呈现形式来进行建构。
其结构呈现形式如下:
该呈现形式首先体现了核心概念服务于学科观念的形成,即科学素养的形成;其次,体现核心概念之间存在着一定的联系;再次,展现了核心概念统领一般具体概念的特性;最后,还可以发现,生物学事实服务于一般概念的形成,最后一点启发教师在教学过程中,应
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